Автор: Д. Найзли, по книгам "Астрофизика Солнца" Г. Зирина, "Наблюдения Солнца", П. Тейлора и "Солнечная Астрофизика" П. Фоукэла. Иллюстрации с разрешения Big Bear Observatory и NOAA Space Environment Center. Оригинальная версия находится по адресу http://www.prairieastronomyclub.org/halpha/
Перевод М. Усатова AKA blackhaz, 10/06/2007, с разрешения Д. Найзли.
В отличие от наблюдений Солнца в белом свете (оптич. континууме), для наблюдений хромосферы требуется наличие фильтра с очень узкой полосой пропускания, центрированой на спектральной линии ионизированного водорода H-альфа (6562.8 Ангстрём). Такой фильтр не только уменьшает интенсивность солнечного света до безопасного уровня, но и убирает значительную фотосферную составляющую изображения. Для достижения этой цели применяют, например, спектрогелиоскоп - сканирующий спектроскоп, использующий пару подвижных щелей и пропускающий монохромный свет. Такой инструмент имеет преимущество быстрой настройки во множестве диапазонов, окружающих линию H-альфа и другие спектральные линии в которых может наблюдаться солнечная эмиссия, например K-линия кальция. Спектрогелиоскоп - достаточно громоздкий прибор и, в следствие этого, используется больше в горизонтальных солнечных телескопах с гелиостатами. Те, кто интересуется постройкой спектрогелиоскопа, могут обратиться к статье в Sky & Telescope, январь 1969.
Другой метод наблюдений Солнца в H-альфа подразумевает использование специального узкополосного фильтра. Один из вариантов - протуберанцевый фильтр от Lumicon (2111 Research Drive, #5S, Livermore, California 94550), с полосой пропускания в 1.5 Ангстрём FWHM (FWHM - Full Width at Half Maximum, полная ширина на половине максимума) и многослойными диэлектрическими покрытиями нанесёнными на стекляную поверхность, как это сделано у остальных фильтров Lumicon, предназначенных для наблюдений за туманностями. Такой фильтр применим только для наблюдения протуберанцев на лимбе, солнечных пятен и очень ярких вспышек, т.к. его кривая пропускания далека от суб-ангстрёмной кривой с "острыми" срезами по краям, необходимой для обнаружения большинства деталей на хромосферном диске. Кстати, для ещё больше успешного наблюдения за протуберанцами, на рынке доступны намного более дорогие коронографы, которые используют технику экранирования солнечного диска, узкополосные фильтры и высококачественную оптику.
Для наблюдения за тонкими деталями хромосферного диска, обычно требуется более сложный и высококачественный суб-ангстрёмный фильтр. Один из дизайнов такого фильтра предложен калифорнийской DayStar Filters: многокомпонентный интерференционный фильтр на основе эталона Фабри-Перо. Эталон представляет собой пару пластин - плоскопараллельных оптических поверхностей, которые частично отражают и пропускают свет. При правильном положении пластинок - поверхностей эталона, проходящий свет интерферирует, в результате чего появляется целая серия крайне узких полос пропускания, одна из которой соответствует водородной линии H-альфа. Далее, такая система подразумевает блокирующий фильтр, пропуская только пригодную линию H-альфа и отсекая все остальные. Фильтры подобного устройства имеют полосу пропускания с острыми краями, а суб-ангстрёмная версия позволяет наблюдать детали как на диске, так и на лимбе. Стандартный стэк таких фильтров состоит из узкополосного блокирующего фильтра, эталона Фабри-Перо с твёрдым кристаллом и широкополосного отсекающего фильтра. Интерференционные противоотражательные покрытия наносятся с двух сторон объектива телескопа для остаточной фильтрации в целях защиты фильтра от перегрева. Следует отметить, что фильтры с эталоном в основе очень чувствительны к рабочей температуре и зачастую поставляются упакованными в специальные подогревающие оправы-духовки, расчитаные на содержание фильтра не более, чем в градусе от его номинальной рабочей температуры. (Во многих случаях такие фильтры правильно работают только при температурах свыше 37 град. по Цельсию.) Без температурного контроля, полоса пропускания фильтра довольно быстро уклонится от центральной линии H-альфа. Фильтры, описаные выше, довольно дороги (свыше $3000) из-за высоких требований к качеству кварцевых элементов и жёсткому контролю за температурным режимом. Такие фильтры требуют электропитания для их "духовок", а также телескоп с длинным фокусным растоянием (f/30 или больше), т.к. "полевые углы" света, падающего на эталон, должны быть очень пологими для правильной работы фильтра. Такие фильтры также невозможно быстро перенастроить для наблюдения за деталями, находящимися вне центральной полосы H-альфа, если, конечно, фильтр не оборудован системой наклона.
Новым вариантом фильтров подобного дизайна стал фильтр T-SCANNER от той же компании DayStar, с полосой пропускания 0.7 Ангстрём. Этот фильтр использует немного менее качественный кварц, работает при температурах от 0 до 40 град. по Цельсию и решает проблему температурного контроля, используя подстройку наклона всего стэка для изменения оптической длины пути фильтра. Изменяемый наклон не только компенсирует побочные эффекты от изменения температуры, но и позволяет наблюдать объекты, подвергнутые допплеровскому сдвигу. Наклоняемый стэк также позволяет избежать потребления электричества и затрат времени на разогрев. Такой дизайн, в совокупности с менее дорогим кварцем, делает стоимость фильтра почти в два раза дешевле. T-SCANNER всё ещё нуждается в световом пучке f/30, но это можно легко достичь применяя дополнительные линзы или диафрагмируя апертуру. Однако, если в целях достижения пучка f/30 использовать обычную линзу Барлоу или диафрагмировать телескоп Ньютон вне оси, только часть всего поля сможет находиться в одной и той же полосе пропускания - так называемый эффект "кольца", в котором область поля, находящаяся в нужной полосе пропускания, выглядит в виде толстого кольца. При низких температурах (ближе к лимиту рабочей температуры фильтра - около 0 град. по Цельсию), кольцо сжимается в диск деталей линии H-альфа. При высоких температурах, достигающих 40 град. по Цельсию, кольцо расширяется и становится похожим на широкую слабоконтрастную дугу. Используя TeleVue 2x или 2.5x PowerMate (прим. пер.: или другую похожую телецентрическую систему, напр. от Baader) вместо линзы Барлоу, можно достичь необходимого светового пучка f/30 и избежать вышеописанных проблем. Следует отметить, что контраст T-SCANNER выше, чем холоднее фильтр, особенно если температура приближается к 0 град. по Цельсию.
Фильтр DayStar T-Scanner (0.7A)
С фильтром T-SCANNER хорошо работает множество телескопов, и апертура не обязательно должна быть большой для визуальных наблюдений (обычно от 50 до 150 мм). Контраст при наблюдениях с таким фильтром меньше, чем с подогреваемыми фильтрами более высокого качества, но всеравно приемлем и достаточен для съемки на камеру. Маленькие камкодеры также могут быть полезны при съемке через окуляр, т.к. позволяют "вытягивать" детали, недоступные обычным визуальным наблюдениям. Используя камеры можно поделиться видом с другими наблюдателями, а также записать происходящее, что полезно для обучения. Стоит отметить, что хорошо выбранная, термально-стабильная наблюдательная площадка необходима для плодотворных наблюдений, т.к. дневные температурные колебания могут лишить солнечный диск тонких деталей. В последнее время подогреваемые суб-ангстрёмные фильтры DayStar также комплектуются системой наклона стэка, что позволяет их быстро настраивать во время эксплуатации, однако они стоят намного дороже, чем T-SCANNER.
Фирма Coronado Instruments (Tucson, Arizona) производит ещё одну вариацию фильтра диапазона H-альфа, базирующуюся на эталоне, который устанавливается перед объективом телескопа. Такое размещение фильтра позволяет избегать проблем с "выпадающим из полосы" полем и решает некоторую часть вопроса о температурном контроле, однако такие фильтры ещё более дороги из-за требований к размерам самого эталона. Coronado также предлагает H-альфа телескоп в сборе: PST или "Personal Solar Telescope" со встроенным H-альфа фильтром. PST, несмотря на 40мм апертуру, показывает отличные результаты. (прим. пер.: стоит отметить, что у PST эталон Фабри-Перо располагается именно за 40мм объективом телескопа, поэтому PST стоит значительно дешевле апертурных фильтров Coronado SolarMax.)
Солнечный H-альфа телескоп Coronado PST
За более детальной информацией о фильтрах диапазона H-альфа, обращайтесь к книгие Г. Зирина "Астрофизика Солнца", стр. 23-29, или "Amateur Telescope Making", книга III, стр. 376-428.
CHROMOSPHERIC NETWORK - ХРОМОСФЕРНАЯ СЕТКА: ячеистая структура длинных и тонких цепей, состоящая из множества ярких слабоконтрастных точек, называемых FILIGREE (филигрань?), также встречающихся во флоккулах - хромосферных факельных полях. Хромосферная сетка простирается по всему диску, видимому в линии H-альфа. Яркие точки хромосферной сетки сопровождаются тёмными спикулами и короткими волокнцами - фибриллами , которые, налагаясь на элементы сетки, выстреливая впрочь или струясь вдоль них, затрудняют её наблюдения.
ELLERMAN BOMS - БОМБЫ ЭЛЛЕРМАНА: крохотные яркие точечные вспышки света с продолжительностью менее пяти минут. Часто наблюдаются в областях выходящего потока излучения (EFR) или на краю солнечных пятен, где магнитное поле выходит на поверхность. Бомбы Эллермана наиболее видны на периферии диапазона H-альфа, на расстояниях приблизительно 5 Ангстрём от центральной линии.
EMERGING FLUX REGION (EFR) - ОБЛАСТЬ ВЫХОДЯЩЕГО ПОТОКА ИЗЛУЧЕНИЯ: область на Солнце, где магнитная диполь или силовая трубка выходит на поверхность, в дальнейшем, развиваясь, образовывая биполярную группу солнечных пятен. В диапазоне H-альфа, EFR обычно выглядят как небольшие овальные области флоккулов - ярких хромосферных факельных полей, обычно 7000 км в поперечнике. Такие области зачастую содержат систему тонких короткоживущих арок-волоконец, называющихся ARCH FILAMENT SYSTEM (AFS) - ДУГОВАЯ ВОЛОКОННАЯ СИСТЕМА, которая простирается от одного конца диполи к другому. Каждый полюс области часто отмечен порами или небольшими развивающимися солнечными пятнами. В EFR иногда происходят выбросы (особого типа протуберанецы) и слабые солнечные вспышки.
EPHEMERAL REGION (ER) - ЭФЕМЕРНЫЕ ОБЛАСТИ: небольшие магнитные диполи, присутствующие на Солнце приблизительно сутки и не порождающие солнечные пятна; могут появиться где угодно, но более часты в средних и малых широтах Солнца. ER видны как маленькие и яркие элементы хромосферной сетки, но в то же время менее яркие, чем флоккулы активных областей. ER также могут порождать слабые выбросы и субвспышки.
*FACULAE - ФАКЕЛЫ: просветления в фотосфере (невидимы в H-альфа), которые лучше наблюдаются на периферии диска, ближе к лимбу. Факелы обычно сопровождают активные области или их места зарождения и могут оставаться видимыми даже после распада самих солнечных пятен. Наиболее контрастны в синем цвете.
PLAGES - ФЛОККУЛЫ (ХРОМОСФЕРНЫЕ ФАКЕЛЫ) : просветления в хромосфере, наблюдаются на протяжении нескольких дней в любом участке хромосферного диска. Флоккулы часто имеют неправильную форму, сильно различаются по яркости и обычно сопровождают активные области, отмечая собой места почти вертикального восхождения или перестройки силовых линий магнитного поля.
FIBRILS - ВОЛОКОНЦА: небольшие, тонкие волокнистые образования, струящиеся вдоль силовых линий магнитного поля. Часто волоконца являются частью структуры больших волокон или присоединены к ним, вплетаясь или вытягиваясь вдоль главной оси волокна.
FIELD TRANISITON ARCHES - АРКИ ПЕРЕХОДА ПОЛЯ: волоконца, пересекающие линию инверсии знака магнитного поля активной области - половину расстояния между областями с противоположными полюсами биполярной магнитной области. Не в пример аркам-волоконцам AFS, FTA не имеют допплеровского сдвига и являются очень тонкими и не слишком тёмными структурами, стремящимися к размещению строго между двумя локализированными регионами противоположной полярности. FTA зачастую обозначают магнитно-стабильный области.
*GRANULATION - ГРАНУЛЯЦИЯ: структура из мелких конвекционных ячеек, видимая в белом свете и напоминающая зёрна риса. Грануляцию лучше наблюдать в зелёном цвете с телескопами апертурой 80мм и более. Каждая грануляционная ячейка представляет собой яркий многоугольник горячего восходящего газа, обычно размером 1100км в поперечнике с более холодной окантовкой или "каналом" нисходящего газа шириной около 230км.
MORETON WAVE - ВОЛНА МОУРТОНА: хромосферная ударная волна, иногда видимая разбегающейся по солнечному диску от сильных импульсивных солнечных вспышек со скоростью около 1000 км/с. Обычно видна как "ползущая" дуга яркого рассеянного света, если наблюдать прямо в центральной линии H-альфа, или, наоборот, как потемнение в синем крыле диапазона.
PROMINENCES - ПРОТУБЕРАНЦЫ: эмиссионные образования, видимые над лимбом Солнца в H-альфа, состоящие из облаков и потоков газа в хромосфере. Обычно протуберанцы подразделяются на два широких класса: активные (вспышки на лимбе, выбросы, веерообразные, петли) и спокойные (волокна спокойных областей, волокна активных областей).
PORES - ПОРЫ: крохотные тёмные пятна размером меньше 2500 км, обычно с коротким сроком жизни. Поры иногда образовываются на стыке нескольких грануляционных каналов и в некоторых случаях предшествуют образованию солнечных пятен.
RECONNECTION - ПЕРЕСТРОЙКА : перераспределение ("перезамыкание") магнитных полей, в котором область с одной магнитной полярностью разрывает предыдущие связи и соединяется с ближайшей областью полярности противоположного знака. На Солнце такая перестройка обычно происходит когда рядом с существующей магнитной диполью образовывается новая. Например, если северный полюс новой диполи образовывается рядом с южным полюсом старой, силовые линии могут замкнуть эти полюса, тем самым образовав новую диполь. Такие события сопровождаются выбросами энергии, часто в форме усиления яркости флоккула или солнечной вспышки.
SOLAR FLARE - СОЛНЕЧНАЯ ВСЫШКА: невероятно яркий, быстрый и сильный эмиссионный выброс энергии в хромосфере, произошедший в связи с сильным напряжением магнитного поля. Обычно солнечные вспышки длятся от нескольких минут до нескольких часов и иногда становятся причиной Coronal Mass Ejection (CME) - ВЫБРОСОВ КОРОНАЛЬНЫХ МАСС, при которых плазменное вещество покидает Солнце.
SPICULES - СПИКУЛЫ: небольшие струи газа до 10000 км длиной, обычно видны как множество чёрточек - маленьких светлых на лимбе или тёмных, исходящих из элементов хромосферной секти. Обычно не наблюдаются в ярких флокуллах.
SPRAY - ВЕЕРОБРАЗНЫЙ ПРОТУБЕРАНЕЦ: особого вида протуберанец, образовавшийся от взрыва плазменного вещества, разлетающегося в стороны. Обычно веерообразные протуберанцы появляются вследствие наиболее сильных солнечных вспышек, сносящих на пути волокна над ними.
SUNSPOT - СОЛНЕЧНОЕ ПЯТНО: тёмное долго-живущее образование на фотосферном диске, обычно размерами от 2500 до 50000 км. Пятна средних и крупных размеров обычно состоят из тёмной центральной части - т.н. UMBRA - ТЕНИ и менее тёмного гало - PENUMBRA - ПОЛУТЕНИ, в свою очередь состоящей из множества тонких волоконцев. В солнечных пятнах сконцентрированы сильноые магнитные поля, что затрудняет приток энергии изнутри Солнца; в следствие этого пятна на 2500 град. по Кельвину холоднее, чем остальная фотосфера. В тени пятен, магнитные поля ориентированы практически вертикально, а в полутени - более полого к поверхности.
SURGE - ВЫБРОС: особого вида протуберанец, образовавшийся от солнечных вспышек или областей с очень сильной активностью. Выброс имеет вид средней или большой струи газа, восходящей от поверхности Солнца. Плазменное вещество, выброшенное таким явлением обычно падает или притягивается обратно на Солнце, выстраиваясь вдоль силовых линий магнитного поля. В некоторых случаях выброшенное вещество растворяется и исчезает.
"WINGS" OF H-ALPHA - "КРЫЛЬЯ" H-АЛЬФА: длины волн по обеим сторонам от центральной линии 6562.8 Ангстрём (приблизительно +/- 2 Ангстрём), используются для просмотра деталей, подвергшихся допплеровскому сдвигу. Синее крыло отождествляет более короткие волны, а красное - более длинные.
Протуберанцы - гигантские облака газа, часто видимые на солнечном лимбе или над ним. Это - наиболее лёгкие эмиссионные объекты для наблюдений в диапазоне H-альфа, т.к. требуют фильтр с шириной пропускания всего в 1-2 Ангстрёма. Протуберанцы, которые можно наблюдать на солнечном диске в виде тёмных образований называются волокнами. Для наблюдений волокон требуется фильтр с полосой пропускания до 1 Ангстрёма. Они часто указывают на границу разорванных магнитных полей или нейтральную линию между противоположными полярностями, где газ попадает в ловушку вокруг образованных силовых линий. Протуберанцы могут принимать разительно отличающиеся формы, однако их всё же удобно классифицировать по следующей схеме (Зирин):
КЛАСС I: СПОКОЙНЫЕ ВОЛОКНА/ПРОТУБЕРАНЦЫ (долгоживущие, достаточно статичные)
а. QRF (Quiet Region Filament - Волокна Спокойных Областей), например: Hedgerow - Частокол, Curtains - Занавес, Floating Arches - Плавающие Дуги, Arcs - Дуги, Fans - Пропеллеры, и т.д.
b. Ascending Prominences - Восходящие Протуберанцы (конец фазы QRF): Disparition Brusque ("lifting off") eruption - Оторванное ("взлетающее") извержение.
c. ARF (Active Region Filament - Волокна Активных Областей): волокна, находящиеся в активной области или рядом с ней (волокна нейтральных линий).
КЛАСС II: АКТИВНЫЕ ВОЛОКНА/ПРОТУБЕРАНЦЫ (быстроживущие и подвижные)
a. Limb Flares - Вспышки на лимбе: яркие пятна, иногда развёртывающиеся в эруптивные протуберанцы.
b. Surges - Выбросы: коллимировано выброшенное вещество, ранее не наблюдаемое (неожиданная струя газа).
c. Sprays - Веерообразные: неколлимированный выброс вещества при ранее наблюдаемых признаках солнечной вспышки (сильный взрыв).
d. Flare Loops - Петли от вспышки и Coronal Rain - Корональный дождь (обычно состоят из вещества, выброшенного вспышкой или другого газа).
Классификация протуберанцев по книге Г. Зирина "Астрофизика Солнца".
Класс I: Спокойные (долгоживщуие): А - частокол (споконый или QRF), B - занавес, пламя, пропеллер (спокойный или QRF), C - дуга, дуга-платформа (QRF), D - шапка, неправильная дуга, фрагмент, E - оторванное извержение QRF
Класс II: Активные (ассоциированные со вспышками, подвижные или временные): F - эруптивный протуберанец, G - выброс, H - веерообразный протубераней, I - петли от произошедшей вспышки
СПОКОЙНЫЕ ВОЛОКНА И ПРОТУБЕРАНЦЫ могут принимать различные формы, обычно вытянутые вдоль. Волокна Спокойных Областей (QRF) - структуры наибольшего размера, с самым долгим сроком существования. Некоторые из них видны на протяжении нескольких оборотов Солнца. Такие волокна обычно находятся в местах со слабой активностью, например т.н. "Полярной Короне" на больших широтах. Иногда такие волокна наблюдаются вблизи активных областей или даже между ними. Протуберанец в виде частокола - достаточно частое явление типа QRF, принимает форму ряда кустов. При наблюдениях с высокой разрешающей способностью, частоколам присуща высокая детализация с ответвлениями и тонкой структурой. Явления типа QRF принимают множество других форм, включая плавающие дуги, пропеллеры, занавесы, изогнутые лезвия, пламя и потрясающие дуги в виде паучьей сети. У многих QRF верхние области выглядях более резко, чем их основания , часто принимающие неправильную форму. Движение вещества в QRF обычно слабое и медленное, их структура практически не меняется, но, в некоторых случаях, слабые изменения можно наблюдать уже через десяток минут. При наблюдениях на солнечном диске, QRF теряют тонкую детализацию и становятся похожими на слабые пятна неправильной формы или искривлённые дуги. Протуберанцы выглядят темнее на диске именно потому, что они поглощают свет, идущий снизу, рассеивая его во всех направлениях. Некоторые волокна, парящие низко, часто имеют просветления в своих основаниях из-за того, что прикрывают нижний слой хромосферы, уменьшая её эмиссонные потери.
Большие спокойные протуберанцы не всегда стабильны. Обычно, если они вытягиваются в высоту на 50000 км над поверхностью Солнца (прибл. 0.07 солнечных радиусов), такие протуберанцы отрываются от поверхности в течение 48 часов, приобретая форму оторванного извержения (внезапно исчезая). Оторванные извержения обычно длятся менее, чем 1-2 часов, по форме варьируясь от обычного постепенного исчезания до потрясающего "взлёта", при котором протуберанец медленно уплывает прочь от поверхности Солнца, распадаясь по пути. Иногда при таких событиях происходит просветление солнечной поверхности. В некоторых случаях, исчезнувший протуберанец появится рядом со своим старым местом вновь, через несколько дней или часов. Стоит отметить, что при сильных извержениях, оторванный протуберанец может породить выброс корональных масс. Некоторые протуберанцы медленно вращаются, а некоторые даже похожи на торнадо и ведут себя также - особенно останки оторванных потуберанцев.
Волокна активных областей (ARF - лучше видны на диске) меньше, темнее и уже, чем их гигантские собратья QRF. Они присутствуют рядом с активными областями, иногда извиваясь вокруг солнечных пятен или проходя сквозь них. Волокно нейтральной линии в активной области, испытывающей разрыв локальных магнитных полей, - хороший пример ARF. "Волокна" дуговой волоконной системы AFS, которая находится между двумя формирующимися солнечными пятнами, на самом деле являются волоконцами, небольшими и короткоживущими, если, конечно же, выход излучения не продолжается слишком долго. Такие волоконца могут быть достаточно тёмными при появлении пятна и зачастую показывают допплеровский сдвиг в связи с течением вещества, происходящим внутри них.
АКТИВНЫ ВОЛОКНА И ПРОТУБЕРАНЦЫ - короткоживущие образования, которые появились в следствие солнечной вспышки или других зна&